一种不对称关断二极管组件及交直流变换器制造技术

本发明专利技术适用于交换器领域，提供了一种不对称关断二极管组件及交直流变换器，所述交直流变换器包括二极管D1和全控器件；所述二极管D1和全控器件并联，所述二极管D1和全控器件的通流方向相反，所述二极管D1的通流能力大于全控器件的通流能力。相比于模块化多电平换流器方案，器件数量、体积重量均大幅下降，从而有效降低换流器成本；相比传统二极管换流器，能够实现较小功率的功率反向传输，从而适用于新能源场并网，为启动阶段提高能量支持。均压电路的电容配置与全控器件关断电流正相关，由于器件关断电流大幅缩减，均压电路电容也将随之减小，从而降低均压电路部分的损耗和成本，另外本设计所采用的均压电路基于无源器件，可靠性高。高。高。

【技术实现步骤摘要】
一种不对称关断二极管组件及交直流变换器


[0001]本专利技术属于交换器领域，特别涉及一种不对称关断二极管组件及交直流变换器。

技术介绍

[0002]在海上风电送出等场景中，由于海底电缆具有很高的分布电容，需要通过变换器将电能以直流形式送出。目前广泛使用的模块化多电平换流器体积大，重量高，本体及相应海上平台成本昂贵。采用二极管整流器可以优化这些问题，但无法反向输送功率，以在风电场启动阶段为设备提供能量。本专利技术提出一种具有不对称功率输送功能的交
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直流变换器，以解决这些问题。

技术实现思路

[0003]针对上述问题，一方面，本专利技术公开了一种不对称关断二极管组件，所述二极管组件包括二极管单元，所述二极管单元包括：二极管D1和全控器件；所述二极管D1和全控器件并联，所述二极管D1和全控器件的通流方向相反，所述二极管D1的通流能力大于全控器件的通流能力。
[0004]其中，所述全控器件的通流能力小于二极管D1的通流能力的1/3。
[0005]其中，所述二极管D1的通流能力和全控器件的通流能力由通流截面的面积决定。
[0006]其中，所述二极管D1与全控器件集成在基础件上。
[0007]其中，所述二极管D1和全控器件集成在一个晶圆上，在所述晶圆上，二极管D1所占面积大于全控器件所占面积。
[0008]其中，多个所述二极管D1与所述全控器件并联设置在压接外壳内，所述二极管D1的数量大于全控器件的数量。
[0009]其中，所述二极管D1组件还包括均压电路，所述均压电路与二极管D1和全控器件并联。
[0010]其中，所述均压电路包括相互串联的电容C和电阻R。
[0011]其中，所述均压电路还包括一个单向二极管D2，所述单向二极管D2与电阻R串联，所述单向二极管D2的电流流通方向与全控器件的电流流通方向相反。
[0012]其中，所述均压电路包括避雷器MOV或瞬态二极管。
[0013]其中，所述全控器件为IGBT、IGCT、MOSFET中的一种或多种串/并联。
[0014]另外一方面，本专利技术还公开了一种交直流变换器，所述交直流变换器包括：六个桥臂；每两个桥臂串联成桥臂单元，共三组桥臂单元，三组桥臂单元相互并联；每个桥臂单元包括多个上述不对称关断二极管组件，多个所述二极管组件串联。
[0015]其中，三组所述桥臂单元的一侧电性连接直流端，三组桥臂单元另一侧电性连接交流端；
所述交流端的三相线分别对应连接在三组桥臂单元中，连接点处于桥臂单元中每两个桥臂之间。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术提供的一种不对称关断二极管组件及交直流变换器，相比于模块化多电平换流器方案，器件数量、体积重量均大幅下降，从而有效降低换流器成本；相比传统二极管换流器，能够实现较小功率的功率反向传输，从而适用于新能源场并网，为启动阶段提高能量支持。均压电路的电容配置与全控器件关断电流正相关，由于器件关断电流大幅缩减，均压电路电容也将随之减小，从而降低均压电路部分的损耗和成本，另外本设计所采用的均压电路基于无源器件，可靠性高。
[0017]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1示出了本专利技术实施例中二极管组件的电路图；图2示出了本专利技术实施例中一种二极管组件的结构示意图；图3示出了本专利技术实施例中另一种二极管组件的结构示意图；图4示出了本专利技术实施例中RC均压电路图；图5示出了本专利技术实施例中RCD均压电路图；图6示出了本专利技术实施例中另一种均压电路图；图7示出了本专利技术实施例中一种交直流变换器拓扑电路图。
具体实施方式
[0020]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]本专利技术公开的交直流换流器相比于模块化多电平换流器方案，器件数量、体积重量均大幅下降，从而有效降低换流器成本；相比传统二极管换流器，能够实现较小功率的功率反向传输（逆变），从而适用于新能源场并网，为启动阶段提高能量支持。本设计所采用的均压电路基于无源器件，成本低，可靠性高。
[0022]图1示出了本专利技术实施例中二极管组件的电路图，所述二极管组件为不对称关断二极管组件，不对称关断二极管组件的反向通流与反向关断能力可以通过分立的器件实现，例如，所述二极管组件包括二极管单元，所述二极管单元包括：二极管D1和同样阻断电压、较低通流能力的全控器件；所述二极管D1和全控器件并联，其中二极管D1的正极与全控
器件的集电极相连，所述二极管D1的负极与全控器件的发射极相连，所述二极管D1和全控器件的通流方向相反，所述二极管D1的通流能力大于全控器件的通流能力。所述全控器件为IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）、IGCT（Integrated Gate
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Commutated Thyristor、集成门极换流晶闸管）、MOSFET（Metal
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Oxide
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Semiconductor Field
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Effect Transistor、金属
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氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管）中的一种或多种串/并联。
[0023]需要说明的是，所述全控器件的通流能力小于二极管D1的通流能力的1/3。所述二极管的通流方向为二极管组件的正向通流方向，所述全控器件的通流方向为二极管组件的反向通流方向；所述不对称关断二极管的反向通流和反向关断能力低于其正向通流能力的1/3，由反向（逆变）变换容量与正向（整流）变换容量之比决定，也可以说，所述二极管D1的通流能力和全控器件的通流能力由通流截面的面积决定。
[0024]在本专利技术的一种实施例中，不对称关断二极管组件的反向通流与反向关断能力也可以通过全控器件与二极管元件集成实现，所述二极管D1与全控器件集成在基础件上。
[0025]图2示出了本专利技术实施例中一种二极管单元的结构示意图，所述二极管D1和全控器件集成在一个晶圆上，在所述晶圆上，二极管D1所占面积大于全控器件所占面积，在同一个硅晶圆中大面积制作二极管D1而小面积制作全控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种不对称关断二极管组件，所述二极管组件包括二极管单元，所述二极管单元包括：二极管D1和全控器件；所述二极管D1和全控器件并联，所述二极管D1和全控器件的通流方向相反，所述二极管D1的通流能力大于全控器件的通流能力。2.根据权利要求1所述的不对称关断二极管组件，其中，所述全控器件的通流能力小于二极管D1的通流能力的1/3。3.根据权利要求1所述的不对称关断二极管组件，其中，所述二极管D1的通流能力和全控器件的通流能力由通流截面的面积决定。4.根据权利要求1所述的不对称关断二极管组件，其中，所述二极管D1与全控器件集成在基础件上。5.根据权利要求4所述的不对称关断二极管组件，其中，所述二极管D1和全控器件集成在一个晶圆上，在所述晶圆上，二极管D1所占面积大于全控器件所占面积。6.根据权利要求4所述的不对称关断二极管组件，其中，多个所述二极管D1与所述全控器件并联设置在压接外壳内，所述二极管D1的数量大于全控器件的数量。7.根据权利要求1所述的不对称关断二极管组件，其中，所述二极管D1组件还包括均压电路，所述均压电路与二极管D1和全控器件并联。8.根据权利要求7...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵彪，白睿航，屈鲁，吴锦鹏，余占清，曾嵘，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：